B I O F Í S I C A
PRIMERA EDICIÓN
J. J . G a r c í a V .
Docente de Biofísica Carrera de MedicinaUniversidad Privada Abierta Latinoamericana. C o c h a b a m b a B o l i v i a
PROLOGO.
Enseñar Biofísica a los estudiantes de Medicina o, en general, a los de Ciencias de la Salud, ha sido siempre, es y, quien lo dude, será siempre un problema difícil. Con las otras disciplinas llamadas "básicas" comparte, en las estadísticas, la primera posición en la lista de materias con un muy alto porcentaje de estudiantes aplazados y reúne a su alrededor una gran cuota de frustración. El estudiante no comprende ni acepta que deba estudiar cosas más relacionadas con la física y la química que con la medicina: ¡como futuro médico considera que está para ver enfermos y usar estetoscopio y no para usar calculadoras! El docente, por su parte, no comprende ni acepta a ese estudiante que pretende que se le enseñe clínica o cirugía sin haber aprendido biomecánica, termodinámica, radiaciones, electricidad, etc., que son conocimientos fundamentales al momento de tomar decisiones diagnósticas.
Es por todo esto que me propuse escribir este libro que servirá para enseñar biofísica a estudiantes de medicina cuyo sustento conduce con una clara objetividad hacia la Fisiología. Es una recopilación ardua y pensada para apoyar el vasto conocimiento de las ciencias médicas. Sería tan fácil como irreal pedirle al estudiante que complete sus conocimientos recurriendo a tal o cual libro o revisión: ¿dónde lo encuentra? ¿En qué biblioteca? He tratado de hacer un libro que, dentro de lo posible, sea suficiente y que sirva para despertar, aunque sólo sea en algunos estudiantes, la pasión que debe tener todo ser humano, sea estudiante de Medicina o no, por la conducta natural física y fisiológica de todo organismo vivo...
CAPITULO 1.
ORIGEN Y EVOLUCIÓN DEL UNIVERSO-VIDA Origen del universo.
Origen y evolución del universo.
La ciencia intenta explicar el origen del Universo con diversas teorías. Existen cuatro teorías fundamentales que explican el origen del Universo. Éstas son:.
La teoría del Big Bang La teoría Inflacionaria
La teoría del estado estacionario La teoría del universo oscilante.
Las más aceptadas son la del Big Bang y la teoría Inflacionaria.
La teoría del Big Bang o gran explosión (entre 12.000 y 15.000 millones de años), supone que, toda la materia del Universo estaba concentrada en una zona extraordinariamente pequeña del espacio, misma que explotó. La materia salió impulsada con gran energía en todas las direcciones. Una gran explosión iniciada en un punto de materia en el vacío, en este punto se concentraba toda la materia, la energía, el espacio y el tiempo. No había ni "fuera" ni "antes".
La teoría inflacionaria de Alan Guth explica los primeros instantes del Universo. Se basa en estudios sobre campos gravitatorios fortísimos, como los que hay cerca de un agujero negro. Esta teoría supone que una fuerza única se dividió en las cuatro que ahora conocemos (fuerzas: gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil), provocando el origen del universo. El empuje inicial duró un tiempo prácticamente inapreciable, pero fue tan violenta que, a pesar de que la atracción de la gravedad frena las galaxias, el Universo todavía crece. La teoría inflacionaria, predice que el universo debe ser esencialmente plano, lo
cual puede comprobarse
experimentalmente, ya que la densidad de materia de un universo plano guarda relación directa con su velocidad de expansión.
ORIGEN Y EVOLUCIÓN DE LA TIERRA Formación del Sol y los planetas
Después del Big Bang, la fuerza desencadenada impulsó la materia, extraordinariamente densa, en todas direcciones, a la velocidad de la luz. Con el tiempo, y a medida que se alejaban del centro y reducían su velocidad, masas de esta materia se quedaron más próximas para formar, más tarde, las galaxias.
No se sabe qué ocurrió en el lugar que ahora ocupamos durante los primeros 10.000 millones de años, si hubo otros soles, otros planetas, espacio vacío o, simplemente, nada. Hacia la mitad de este periodo, o quizás antes, debió formarse una galaxia.
Cerca del límite de esta galaxia, que hoy llamamos Vía Láctea, una porción de materia se condensó en una nube más densa hace unos 5.000 millones de años. Esto ocurría en muchas partes, pero esta nos interesa especialmente. Las fuerzas gravitatorias hicieron que la mayor parte de esta masa formase una esfera central y, a su alrededor, quedasen girando masas mucho más pequeñas. La masa central se convirtió en una esfera incandescente, nuestro Sol.
Las pequeñas masas también se condensaron mientras describían órbitas alrededor del Sol, formando los planetas y algunos satélites. Entre ellos, uno quedó a la distancia justa y con el tamaño adecuado para tener agua en estado líquido y retener una importante envoltura gaseosa. La Tierra.
La tierra que hoy conocemos fue muy distinta después de su nacimiento (hace unos 4.500 millones de años). Entonces era un amasijo de rocas conglomeradas cuyo interior se calentó y fundió todo el planeta. Con el tiempo la corteza se
secó y se volvió sólida. En las partes más bajas se acumuló el agua mientras que, por encima de la corteza terrestre, se formaba una capa de gases, la atmósfera.
Agua, tierra y aire empezaron a interactuar de forma bastante violenta ya que, mientras tanto, la lava emanaba en abundancia por múltiples grietas de la corteza, que se enriquecía y transformaba gracias a toda esta actividad.
Después de un periodo inicial, la Tierra era una masa incandescente, las capas exteriores empezaron a solidificarse, pero el calor del interior las fundía de nuevo. Finalmente, la temperatura bajó para permitir la formación de una corteza terrestre.
Al principio no tenía atmósfera, y recibía muchos impactos de meteoritos. La actividad volcánica era intensa, aumentando el espesor de la corteza que al enfriarse, se solidificaban.
Esta actividad de los volcanes generó una gran cantidad de gases que acabaron formando una capa sobre la corteza. Fue la primera capa protectora que permitió la aparición de agua líquida. Algunos autores la llaman "Atmósfera I".
Gracias a las erupciones de los volcanes, se generó vapor de agua, que al subir por la atmósfera se condensaba, dando origen a las primeras lluvias. Al cabo del tiempo, la corteza se enfrió, el agua pudo mantenerse líquida en las zonas más profundas de la corteza, formando mares y océanos, es decir, la hidrosfera.
Origen de la vida.
Hace 3.800 millones de años, nuestro planeta presenció el surgimiento de la vida a partir de materiales inertes. Seguro que alguna vez te lo has preguntado… ¿qué es estar vivo? ¿Qué distingue a los seres vivos de los seres no vivos?
Una definición inicial, simple y que excluye totalmente a los seres inertes podría ser la siguiente:
Los seres vivos se caracterizan porque se pueden reproducir y auto mantenerse.
Un ser vivo cumple diversas características: es originado por uno o varios progenitores, intercambia materia y energía con el medio que le rodea (come, respira, elimina residuos…), es capaz de reproducirse, y finalmente, morir.
Los seres vivos están hechos de materia orgánica. ¿De dónde salió la materia orgánica para construir el primer ser vivo?
Se calcula que la vida apareció en nuestro planeta hace aproximadamente 3.800 millones de años. Se cree que la atmósfera de la Tierra, en aquella época, contenía principalmente vapor de agua y gases como el amoníaco, el hidrógeno y el metano. En 1953, el científico Stanley Miller, realizó un famoso experimento en la que mezcló los mismos componentes de aquella atmósfera primitiva y los sometió a descargas eléctricas, simulando las frecuentes tormentas eléctricas de aquella época. Dispuso un aparato de Tesla que producía pequeñas cargas eléctricas en el interior de un sistema cerrado que contenía metano, amoniaco, vapor de agua y un poco de hidrógeno gaseoso. Se formaron diversas moléculas orgánicas entre las que se destacaron cetonas, aldehídos y ácidos, pero lo más importante de todo fue que se sintetizaron aminoácidos. Esta teoría dio apoyo experimental a la idea de Oparin de que las condiciones y las moléculas inorgánicas simples de la atmósfera primitiva del planeta tenían realmente la capacidad de combinarse para formar moléculas orgánicas de los seres vivos.
La humanidad de hoy siempre ha deseado conocer el origen de la vida, planteándose así uno de los problemas más difíciles de contestar para la biología actual. La Historia ha dado varias explicaciones que han sido descartadas y algunas de ellas, se mantienen en la actualidad. Estas explicaciones se establecen en cuatro categorías:
Creacionismo
Generación espontánea Origen cósmico
Biogénesis
Etapas de la Evolución
Big Bang Densidad infinita, volumen cero. 10-43 segs. Fuerzas no diferenciadas 10-34 segs. Sopa de partículas elementales 10-10 segs. Se forman protones y neutrones 1 seg. 10.000.000.000 º. Tamaño Sol 3 minutos 1.000.000.000 º. Núcleos 30 minutos 300.000.000 º. Plasma
300.000 años Átomos. Universo transparente 106 años Gérmenes de galaxias
108 años Primeras galaxias
109 años Estrellas. El resto, se enfría. 5x109 años Formación de la Vía Láctea 1010 años Sistema Solar y Tierra
Creacionismo. El origen de la especie humana, se halla contenida en la Biblia,
concretamente en el capítulo de Génesis. Estas ideas, se mantuvieron vigentes hasta bien entrado el siglo XIX, y cualquier opinión en contra era tachada de herejía y ridiculizada de inmediato por la Ciencia Oficial, vigente en aquella época; que defendía las leyes bíblicas.
Afirma que el hombre ha sido creado en el año 4.004 a.C., según cálculos realizados sumando las edades de Adán y los profetas de Israel que se contenían en la Biblia. Así, todos los seres vivientes han sido creados por Dios al principio de los tiempos con aspectos a los actuales.
Los restos fosilificados de animales encontrados eran de los seres ahogados en el diluvio universal y que no tuvieron cabida en el Arca de Noé.
La Tierra había sufrido una serie de catástrofes geológicas que hicieron desaparecer y sepultaron a los seres vivos, seguidas de sucesivas creaciones, la última que está escrita en el Antiguo Testamento.
Generación espontánea. Desde la antigüedad se pensaba que la vida podía
surgir por generación espontánea, a partir de la combinación de los cuatro elementos que se consideraban esenciales: aire, fuego, agua y tierra.
Se propuso que gusanos, insectos y peces provenían de sustancias como el sudor o el rocío, como resultado de la interacción de la materia "no viva" con "fuerzas capaces de dar vida".
La generación espontánea antiguamente era una creencia profundamente arraigada descrita ya por Aristóteles. La observación superficial indicaba que surgían gusanos del fango, moscas de la carne podrida, organismos de los lugares húmedos, etc. Así, la idea de que la vida se estaba originando continuamente a
partir de esos restos de materia orgánica se estableció como lugar común en la ciencia. Hoy en día la comunidad científica considera que esta teoría está plenamente refutada. Francisco Redi empezó a demostrar la falsedad de la teoría de la "generación espontánea".
Origen cósmico. Esta teoría, se basa fundamentalmente en la observación de la
fecundación de las lavas, originariamente estériles (cuando su temperatura es elevada), por esporas traídas por el viento y establece que este fenómeno podría ocurrir a escala cósmica, es decir, que la Tierra habría sido sembrada por gérmenes provenientes del cosmos. Establece que los gérmenes habrían llegado empleando a los meteoritos como vehículo de transporte. Establece que los gérmenes habrían llegado en medio de polvo cósmico movido por la radiación cósmica.
Teoría de la biogénesis. La biogénesis es aquella teoría en la que la vida solamente se origina de una vida
preexistente.
Todos los organismos visibles surgen sólo de gérmenes del mismo tipo y nunca de materia inorgánica. Si la vida alguna vez se originó de materia inorgánica, tuvo que aparecer en la forma de una célula organizada, ya que la investigación científica ha establecido a la célula como la unidad más simple y pequeña de vida independiente visible.
Según la ciencia fue avanzando, surgieron otras teorías que poco a poco fueron dando forma a ideas, conceptos y definiciones sobre los mecanismos del origen de la vida en la tierra.
Teorías evolucionistas. Oparin postula que se dio en dos fases:
Evolución Química: En los tiempos prebióticos, la atmósfera de la Tierra carecía de oxígeno. Contenía principalmente Hidrógeno, amoníaco, metano y agua. El vapor de agua cubría parte de la superficie de la Tierra, pudiendo haber interactuado gracias a la energía provista por la radiación ultravioleta, el calor y las descargas eléctricas. Originando moléculas como los carburos, que habrían originado los hidrocarburos que a su vez, en reacción con amoníaco, habrían dado origen a: amidas, aminoácidos, bases nitrogenadas y azúcares.
Evolución Biológica: El enfriamiento progresivo de la Tierra habría permitido la formación de lagunas en las cuales todas esas moléculas habrían permanecido en solución, constituyendo un verdadero “caldo nutritivo” en el cual se habría favorecido las interacciones entre ellas. Así se habrían llegado a formar Proteínas y Polisacáridos, que habrían reaccionado para originar los denominados Coacervados, esto es, complejos moleculares que poseen una superficie semejante a membrana y un interior líquido y que tendrían algunas capacidades vitales, tales como: alimentación, metabolización, crecimiento, reproducción.
La teoría actual para explicar el origen de la vida se basa en comprobar experimentalmente cada uno de los pasos necesarios que se han debido de producir para dar la lugar a la vida tal y como la conocemos. Estos pasos son:
Origen de los precursores orgánicos. Origen de las biomoléculas.
Origen de la organización celular.
Las teorías modernas evolucionistas intentan explicar los procesos y mecanismos mediante los cuales se produce la evolución en los seres vivos, tales como:
El Lamarckismo El darwinismo El neodarwinismo
Pruebas de la evolución. La evolución es muy difícil de observar directamente pero todos los organismos vivos
presentan rasgos evolutivos que la demuestran. Las pruebas se pueden agrupar en cinco tipos: Paleontológicas
Biogeográficas Anatómicas Embriológicas Biomoleculares
Los mecanismos de la evolución. La evolución se produce por dos causas fundamentales:
La variabilidad genética. A nivel genético la evolución representa una variación de los tipos de genes a lo largo del tiempo, con cambios de unos alelos por otros en las poblaciones. Tres son las principales consecuencias del funcionamiento de la evolución:
La adaptación de los organismos La especiación
La diversificación de especies
La selección natural. Es la base de todo el cambio evolutivo. Es el proceso a través del cual, los organismos mejor adaptados desplazan a los menos adaptados mediante la acumulación lenta de cambios genéticos favorables en la población a lo largo de las generaciones. Cuando la selección natural funciona sobre un número extremadamente grande de generaciones, puede dar lugar a la formación de una nueva especie.
La historia de la evolución. Los fósiles representativos. Un fósil es cualquier resto o huella de la actividad de un ser
vivo que ha vivido en el pasado y que ha llegado a nuestros días gracias a su mineralización o conservación en las rocas.
El estudio de los fósiles es una de las pruebas de la evolución y que también nos informa de la historia de la misma, dándonos datos sobre la extinción y la aparición de las especies en la Tierra. Algunos fósiles han servido para marcar ciertas etapas de la historia de la Tierra, a estos se les llama fósiles representativos.
La evolución humana. Nuestra especie, Homo sapiens, surgió hace sólo 100.000 años, pero los antepasados de los
cuales procedemos se remontan a unos cuatro millones de años antes. Los descubrimientos recientes hacen suponer que nuestra línea evolutiva no es definitiva, sino que se adapta a la nueva información que los científicos van aportando con sus investigaciones.
El ser humano pertenece a la familia de los homínidos, conjuntamente con los simios actuales, los chimpancés, el gorila y el orangután. Pero hay una relación de fósiles de homínidos que nos indican nuestra línea evolutiva.
La humanidad y la evolución. Características evolutivas. El ser humano ha experimentado un proceso de evolución
conjuntamente con el resto de los primates, los cuales iniciaron su evolución como mamíferos primitivos arborícolas en el Paleoceno, hace alrededor de 65 millones de años.
Así mismo, durante nuestra evolución y hasta la actualidad hemos tenido importantes relaciones con las demás especies que habitan la Tierra.
Definición de vida orgánica.
EL concepto de vida puede ser definido desde diversos enfoques. La noción más habitual está vinculada a la biología, que sostiene que la vida es la capacidad de nacer, crecer, reproducirse y morir. En este sentido, la vida es aquello que distingue a hombres, animales y plantas de los objetos, como una roca o una mesa.
La vida también es el estado de actividad de los seres orgánicos y la fuerza interna que permite obrar a aquel que la posee. Otra forma de interpretar la vida está vinculada a la capacidad de un ser físico de administrar sus recursos internos para adaptarse a los cambios que se producen en su medio.
La vida orgánica se caracteriza por estar compuesta por complejas estructuras organizadas, desde la más simple proteína hasta un organismo completo como lo es ser humano, es más compleja que las estructuras inorgánicas. La vida orgánica está basada en el carbono.
El estudio de la vida se llama biología y los biólogos son los que estudian sus propiedades. Tras el estudio por parte de éstos, se hace evidente que toda reacción bioquímica capaz de establecer una estructura homeostática que desarrolle la función metabólica, se la puede definir como materia viva orgánica u organismo, compartiendo algunas características comunes, producto de la selección natural:
1. Un organismo requiere aporte externo de energía para poder sostener su ciclo metabólico. Dada la tendencia constante a degradar la usada, se establece una resistencia que ofrece toda materia viva a ser animada. Este hecho se hace evidente al observarse la tendencia a degradar a materia inerte. Es decir, se alimentan para no morir.
2. Un organismo usa todos los recursos disponibles y compatibles con su estructura para perpetuar su esquema molecular (ADN), desechando lo inservible y desarrollando lo útil. En las estructuras vitales más complejas, esto se observa por el hecho de que crecen y se desarrollan.
3. Un organismo es receptivo a los estímulos del medio ambiente, siendo éste el único medio por el cual poder reponer los recursos perdidos. Si deja de responder, dejará de ser materia viva.
4. Un organismo responde a un medio favorable activando los procesos que le permitirán duplicar su esquema molecular y transferir sus funciones de manera que fomente ese esquema al máximo de sus facultades vitales. En función de los recursos disponibles del medio, esas facultades serán más o menos intensas. La vida se agrupa en diversos niveles estructurales jerarquizados. Así se sabe que la unión de células puede dar lugar a un tejido y la unión de éstos da lugar a un órgano que cumple una función específica y particular, como el caso del corazón o el estómago. De esta forma los diversos niveles de jerarquización de la vida se agrupan hasta formar un organismo o ser vivo, éstos al agruparse siendo de una misma especie forman una población y el conjunto de poblaciones de diversas especies que habitan en un biotopo dado forman una comunidad.
Definición de biología.
La Biología es una ciencia porque se basa en la observación de la naturaleza y la experimentación para explicar los fenómenos relacionados con la vida: Biología es el estudio de la transferencia no-espontánea de la energía contenida
en las partículas y de los sistemas cuasi-estables que la experimentan.
Definición de Física.
La Física es la ciencia que observa la Naturaleza, y trata de describir las leyes que la gobiernan mediante expresiones matemáticas. La Física es una ciencia cuantitativa que incluye mecánica, fenómenos térmicos, electricidad y magnetismo, óptica y sonido. No es difícil reconocer que vivimos en un mundo científico y tecnológico; la física es una parte fundamental de nuestro mundo que influye en nuestra sociedad a cualquier escala, pues abarca desde lo infinitamente grande, la astrofísica, a lo infinitamente pequeño, la física de las partículas elementales. Por ello no debe extrañar la presencia de la física en todo lo que ha representado progreso científico y técnico.
Definición de biofísica.
La Biofísica es una sub-disciplina de la Biología que estudia los principios físicos subyacentes a todos los procesos de los sistemas vivientes. La biofísica explica los fenómenos biológicos aplicando los principios fundamentales de la naturaleza. Por ejemplo, la biofísica estudia los cambios de polaridad en los microtúbulos de un Paramecium, o la transferencia de energía de una partícula a otra dentro del complejo motor molecular conocido como ATP sintetasa, o la mecánica del esqueleto humano, o la dinámica de fluidos en un saltamontes, etc.
Por supuesto, la biofísica se fundamenta en los estudios proporcionados de la física; por ello, decimos que la biofísica es una ciencia interdisciplinaria.
CAPÍTULO 2.
MEDIDAS Y ANTROPOMETRÍA MEDICIÓN
Definiciones de medición. Medición es determinar la dimensión de la magnitud de una variable en relación con una
unidad de medida preestablecida y convencional. Se conocen algunos sistemas convencionales para establecer las unidades de medida:
Sistema Internacional (SI) Sistema Inglés
Sistema CGS (sistema cegesimal de unidades) Sistema Giorqi o MKS (metro, kilogramo y segundo) Sistema terrestre o técnico
Requisitos para la medición.
Debe cumplir estas condiciones:
1º.- Ser inalterable, esto es, no ha de cambiar con el tiempo ni en función de quién realice la medida. 2º.- Ser universal, es decir utilizada por todos los países.
3º.- Ha de ser fácilmente reproducible por todos.
Magnitudes fundamentales y unidades
Magnitud: El término magnitud suele emplearse por la gente en dos sentidos diferentes. Por un lado, es el tamaño
que ostenta un cuerpo (ejemplo, la magnitud de un edificio). Por otro lado, es referida a la grandeza, a la importancia que presenta un hecho, situación, o cosa.
A los objetos podemos atribuirle cualidades comunes, como por ejemplo; se puede afirmar que una manzana y una cereza son rojas, o que un tren y un barco son muy grandes. Estas cualidades no siempre son conmensurables, es decir, a veces se pueden comparar pero no se puede decir cuánto más roja es la cereza que la manzana. El barco y el tren si se podrían comparar (medir) y decir cuánto es la diferencia, esta sería una cualidad llamada longitud.
A este tipo de cualidades que son conmensurables se las denomina magnitud.
Cantidad: Es el número que representa de la comparación de magnitudes, lo correcto es comparar con una unidad
fundamental. Ejemplo: podríamos decir que una calle es el doble de ancho de otra, pero lo correcto para esto sería comparar cada calle con una unidad fundamental llamada metro.
Unidades: Cuando medimos, la cantidad resultante lleva un nombre que es la unidad. Ejemplo, podemos medir un
lápiz con una regla dividida en centímetros, la medición da 5 centímetros. Entonces la unidad en este caso es el centímetro.
Con base a lo explicado, podemos simplificar de la siguiente manera: Magnitud: longitud
Cantidad: 5
Unidad: centímetros.
EL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES.
El Sistema internacional de Unidades es una forma aceptada internacionalmente de utilización de las unidades de medida de las magnitudes físicas de los cuerpos. En el Sistema Internacional de unidades existen 3 clases de unidades.
Unidades básicas Unidades suplementarias Unidades derivadas
Normas para el uso del Sistema S.I.
1. Las unidades del sistema SI establecidos precedentemente deben ser apropiadamente utilizadas ya sea con prefijos múltiplos o submúltiplos.
2. Cuando son escritas, todas las unidades deben comenzar con minúscula, excepto al comienzo de un frase o sentencia. Cuando se escribe "grados Celsius" la palabra Celsius comienza con mayúscula. Los símbolos de unidades se escriben con minúscula, excepto cuando el nombre de la unidad es derivado de nombres de personas (weber-Wb). Los prefijos T (Tera), G (Giga) y M (Mega) se escriben con mayúscula. Los otros prefijos se escriben con minúscula.
3. Plurales. Cuando se escriben los nombres de las unidades, estas pueden usarse en plural: varios kilómetros de largo. Los símbolos de las unidades nunca se escriben en plural: 70 km, 5,5 m.
4. Puntuación.
a) No se debe usar punto después de un símbolo, excepto cuando este va al final de una oración.
b) Cuando se escriben números menores que uno, siempre se debe usar un cero antes de la coma decimal. Ej.: 0,235
c) Cuando se tenga grupos de 4 o más dígitos, estos deben separarse en grupos de 3, sin colocar un punto para separar los grupos, y en grupos de 4 dígitos es recomendable dejar un espacio. Ej.: 1 234 567 ,89 y NO 1.234.567,89
d) Cuando se usan prefijos, éstos deben escribirse inmediatamente adyacentes a la unidad respectiva Ej.: meganewton: MN, kilowatt: kW.
e) Usar superíndice para indicar unidades al cubo o al cuadrado. Ej.: m2, cm3 f) En los símbolos se puede reemplazar la palabra ”por” por el slash. Ej.: 50 km/h
g) En caso de no abreviación de las unidades, en vez del punto centrado se usa un guión. Ej.: metro-kelvin
h) En unidades compuestas que se forman por la multiplicación de 2 o más unidades un punto grueso centrado es usado. Ej.: kg•m También se puede usar un exponente negativo. Ej.: 25 m•s-1 (25 metros por segundo o 25 m/s).
5 Otras recomendaciones
a) Evitar el uso de prefijos en denominadores (excepto kg), que corresponde a una unidad básica.
b) Evitar el uso de los prefijos hecto, deka, deci, y centi, excepto cuando son usados para- áreas y volúmenes.
c) Evitar el uso de un número excesivo de decimales. Si los dígitos que se descartan son menores a cinco, simplemente redondee sin cambio. Ej. 2,461242 queda 2,46. Si los dígitos que se emiten son mayores o iguales a cinco incrementan el valor del último dígito retenido. . Ej. 2,467542 queda 2,468 ó 2,47
6 Unidades no permitidas.
a) Existen ciertas unidades fuera del SI, las cuales, sin embargo, son reconocidas y retenidas ya sea por su importancia práctica o debido a su uso en campos específicos.
b) Los prefijos consignados en el punto 2 pueden ser usados con varias de las unidades mostradas más abajo, por ejemplo mililitro, mL; megaelectrovolt, MeV. Unidades compuestas también son formadas con algunas de las unidades descritas a continuación, por ejemplo, kg/h, km/h.
Tipos de magnitudes. Las magnitudes fundamentales son:
Magnitudes Unidades de medida
Masa kilogramo
Longitud metro
Tiempo segundo
Temperatura kelvin
Intensidad de corriente eléctrica ampere
Cantidad de sustancia mol
Unidades base.
Existen otros tipos de magnitudes, mismas que son utilizadas según áreas y actividades internacionales:
Masa kilogramo kg
El kilogramo equivale a la masa del kilogramo patrón internacional.
Longitud metro m
El metro equivale a 1650763.73 veces la longitud de onda de la radiación emitida por los átomos del nucleído 86Kr, en la transición entre el estado 5d5 y el estado 2p10,
propagándose en el vacío.
Tiempo segundo s
El segundo equivale a 9192631770 veces el período de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles de la estructura hiperfina del estado fundamental de los átomos de nucleído 133Cs.
Corriente eléctrica amperio A
El amperio equivale a la intensidad de una corriente eléctrica constante en el tiempo que, al circular en el vacío por dos conductores paralelos situados a un metro de distancia, rectilíneos e infinitos, de sección circular y despreciable, da lugar a una fuerza de atracción mutua entre los conductores de 2 x 10-7 neutronios por metro.
Intensidad luminosa candela cd
La candela es la intensidad de luz que emite 1/600000 metros cuadrados de la superficie de un cuerpo negro a una temperatura correspondiente a la solidificación del platino a una presión de 101325 neutronios por metro cuadrado, y perpendicular a su superficie.
Cantidad de sustancia mol mol
El mol equivale a la cantidad de materia de un sistema constituido por tantas partículas como átomos contiene 12/1000 kilogramos de nucleído del carbono 12C.
Temperatura termodinámica
kelvin K
El kelvin equivale a la 273.16-ava parte de la temperatura termodinámica del punto triple del agua (aprox. 0.01 ºC)
MAGNITUDES
Sistema Absoluto
Sistema Técnico
SI - M.K.S
C.G.S
F.P.S
Europeo
Inglés
Longitud m cm pie m pie
Masa Kg g lb UTM slug
Tiempo s s s s s
Temperatura ºK ºC ºF ºR
Intensidad Luminosa cd
Corriente Eléctrica A
Cantidad de sustancia mol
Fuerza N = Kg.m/s2 Dina = g.cm/s2 Poundal = lb.pie/s2 kg.f lb.f
Velocidad m/s cm/s pie/s m/s pie/s
Aceleración m/s2 cm/s2 pie/s2 m/s2 pie/s2
Trabajo o Energía J = N.m ergio = dina.cm poundal.pie kg.f.m lb.f.pie
Potencia W = J/s ergio/s poundal.pie/s kg.f.m/s lb.f.pie/s
Presión Pa = N/m2 dina/cm2 poundal/pie2
Tipos de medidas
Existen dos tipos de medidas: Directas.
Indirectas.
Directas. Cuando se dispone de un instrumento de medida que la obtiene comparando la variable a medir con una de
la misma naturaleza física. Así, si deseamos medir la longitud de un objeto, se puede usar un calibrador.
Indirectas. Medición indirecta es aquella que realizando la medición de una variable, podemos calcular otra distinta,
por la que estamos interesados.
Si queremos medir la altura de un edificio, dadas las dificultades de realizar la medición directamente, emplearemos un método indirecto. Colocaremos en las proximidades del edificio un objeto vertical, que sí podamos medir, así como su sombra. Mediremos también la longitud de la sombra del edificio. Dada la distancia del Sol a la tierra los rayos solares los podemos considerar paralelos, luego la relación de la sombra del objeto y su altura, es la misma que la relación entre la sombra del edificio y la suya.
Tipos de errores.
Errores sistemáticos. Son aquellos errores que se repiten de manera conocida en varias realizaciones de una
medida. Las características de estos permiten corregirlos. Un ejemplo de error sistemático es el error del cero, en una báscula, que a pesar de estar en vacío, señala una masa no nula.
Errores aleatorios. Son los que se producen de un modo no regular, variando en magnitud y sentido de forma
aleatoria, son difíciles de prever, y dan lugar a la falta de calidad de la medición.
Error absoluto. El error absoluto de una medida es la diferencia entre el valor de la medida y el valor real de una
magnitud (valor tomado como exacto).
Error relativo. Es la relación que existe entre el error absoluto y la magnitud medida, es adimensional, y suele
expresarse en porcentaje.
FORMAS DE MEDICIONES
En el área de la salud, podemos establecer tres formas de hacer mediciones: Ergonómicas.
Antropométricas. Somatotípicas.
Ergonomía.
Termino que proviene de las palabras griegas ergon (trabajo) y nomos (ley, norma). Estudia la adaptación del trabajo al hombre para evitar diferentes problemas de salud. Con la ergonomía los trabajos mejoran en seguridad, eficiencia y efectividad y bienestar o satisfacción.
Las Áreas de trabajo de la ergonomía las podemos resumir en:
Ergonomía Ambiental. Estudia aquellos factores ambientales que afectan al confort laboral para que se
ejecuten en condiciones de seguridad y no resulten nocivos a la salud.
Ergonomía Cognitiva. Estudia las interacciones entre un dispositivo, objeto, producto y un Individuo. Estas
interacciones hacen uso de las principales funciones mentales (percepción, memoria, razonamiento). La ergonomía cognitiva se ocupa entonces de los problemas de costo cognitivo derivado de esta interacción.
Ergonomía de Diseño y Evaluación. Los ergonomistas del área de diseño y evaluación participan durante el
diseño y la evaluación de equipos, sistemas y espacios de trabajo; su aportación utiliza como base conceptos y datos obtenidos en mediciones antropométricas, evaluaciones biomecánicas, características sociológicas y costumbres de la población a la que está dirigida el diseño. Al diseñar o evaluar un espacio de trabajo, es importante considerar que una persona puede requerir de utilizar más de una estación de trabajo para realizar su actividad, de igual forma, que más de una persona puede utilizar un mismo espacio de trabajo en diferentes períodos de tiempo, por lo que es necesario tener en cuenta las diferencias entre los usuarios en cuanto a su tamaño, distancias de alcance, fuerza y capacidad visual, para que la mayoría de los usuarios puedan efectuar su trabajo en forma segura y eficiente. Al considerar los rangos y capacidades de la mayor parte de los usuarios en el diseño de lugares de trabajo, equipo de seguridad y trabajo, así como herramientas y dispositivos de trabajo, ayuda a reducir el esfuerzo y estrés innecesario en el personal, lo que aumenta la seguridad, eficiencia y productividad del trabajador.
Biomecánica y fisiología. Estudia al cuerpo desde el punto de vista mecánico en donde se basa en una serie de
conocimientos de la medicina del trabajo, la fisiología y la antropometría en donde el estudio del cuerpo es clave para la obtención de un rendimiento máximo.
Ergonomía preventiva y correctiva. Trabaja en relación con las disciplinas encargadas de la seguridad e higiene
en el ambiente laboral. Estudia y analiza las condiciones de seguridad, de salud y de confort laboral.
Ergonomía de necesidades. Estudia el diseño y el desarrollo del equipo para las personas que tengan alguna
dificultad física y para los infantes. También se aplica en el diseño de microambiente autónomos.
Antropometría.
Es la sub-rama de la antropología biológica o física que estudia las medidas del hombre. Se refiere al estudio de las dimensiones y medidas
humanas con el
propósito de modificar los cambios físicos del hombre y las diferencias entre sus razas y sub-razas.
Hoy en día, la
antropometría cumple una función importante
en el diseño industrial, en la industria de diseños de indumentaria, en la ergonomía, la biomecánica y en la arquitectura, donde se emplean datos estadísticos sobre la distribución de medidas corporales de la población para optimizar los productos. Se trata de un Área de trabajo de la ergonomía en donde se toma en cuenta las medidas del cuerpo humano en relación al tamaño del cuerpo, sus formas, la fuerza y su capacidad de trabajo. Es la información que es utilizada para el diseño de espacios laborales, como también las herramientas, el equipo de seguridad y los elementos de protección personal en donde se considera las características del cuerpo humano.
La antropometría consiste en una serie de mediciones técnicas sistematizadas que expresan, cuantitativamente, las dimensiones del cuerpo humano. A menudo la antropometría es vista como la herramienta tradicional, y tal vez básica de la antropología biológica, pero tiene una larga tradición de uso en la Educación Física y en las Ciencias Deportivas, y ha encontrado un incremento en su uso en las Ciencias Biomédicas.
Técnicas y mediciones sugeridas. La antropometría involucra el uso de marcas corporales de referencia,
cuidadosamente definidas, el posicionamiento específico de los sujetos para estas mediciones, y el uso de instrumentos apropiados. Las mediciones que pueden ser tomadas sobre un individuo, son casi ilimitadas en cantidad. Generalmente, a las mediciones se las divide en: masa (peso), longitudes y alturas, anchos o diámetros, profundidades, circunferencias o perímetros, curvaturas o arcos, y mediciones de los tejidos blandos (pliegues cutáneos).
Además, se pueden definir numerosas mediciones especiales para partes específicas del cuerpo, especialmente para la cabeza y rostro, la mano y el pie. No hay una lista mínima de mediciones aceptada que deba ser tomada para definir una población.
Un tema clave en la antropometría es la selección de las mediciones. Esto depende del propósito del estudio y de las cuestiones específicas que estén bajo consideración. Por lo tanto, es necesario que antes de la aplicación de la antropometría se haga un análisis absolutamente lógico, comenzando con un concepto claro del conocimiento buscado, y que lleve a una selección de las mediciones necesarias para obtener una respuesta aceptable. "La antropometría es un método y debe ser tratado como tal, un medio para un fin y no un fin en sí mismo". Cada medición debe ser seleccionada para proveer una pieza específica de información dentro del contexto del estudio diseñado. Por ello, "ningún conjunto de mediciones aisladas cumplirá con las necesidades de cada estudio". El corolario es que no es aceptable tomar mediciones por las mediciones en sí mismas; no tiene sentido tomar un extenso conjunto de mediciones, simplemente porque uno tiene la oportunidad de hacerlo.
La antropometría no es invasiva en un sentido fisiológico. Todas las mediciones son dimensiones externas del cuerpo, o de sus partes. Sin embargo, la antropometría es invasiva en un sentido personal: Una persona está siendo medida. En algunos grupos, pautas culturales pueden limitar las dimensiones que pueden ser medidas.
Aunque la antropometría es altamente objetiva y altamente confiable, en manos de antropometristas entrenados, el significado biológico o funcional de muchas dimensiones no ha sido adecuadamente establecido. La clave para una antropometría efectiva yace en el entendimiento del significado o la significancia de las mediciones específicas, con el objeto de hacer la elección correcta que permita respuestas efectivas a las preguntas formuladas. Las mediciones difieren en sus utilidades, y algunas se han establecido firmemente, más debido a una repetición ciega que porque se sepa que son útiles.
Gran parte de la variación en la morfología humana está relacionada al desarrollo de los tejidos esquelético, muscular y adiposo, así como también de las vísceras. Por lo tanto, las mediciones sugeridas se concentran en los huesos, músculos y en la grasa, y proveen información sobre los tejidos esquelético, muscular y subcutáneo. También se debe considerar la variación regional en la morfología; por lo tanto, se sugiere tomar dimensiones del tronco (superior e inferior) y de las extremidades (superiores e inferiores). La combinación de las dimensiones también provee información sobre las proporciones corporales y del físico. Las dimensiones sugeridas también se seleccionan sobre la base del sitio de Idealización y accesibilidad, aunque a veces, preferencias culturales locales pueden limitar el acceso a algunos sitios de medición (por ej. la circunferencia del pecho en el tórax, o algunos pliegues cutáneos del tronco en mujeres adolescentes).
Los procedimientos para tomar las mediciones sugeridas provienen del "Manual de Referencia de Estandarización Antropométrica", editado por Lohman, Roche y Martorell.
El peso y la estatura (altura) son las dimensiones antropométricas más comúnmente usadas. El peso corporal es una medida de la masa corporal. Es una medida heterogénea, una composición de muchos tejidos que, a menudo, varían independientemente. Aunque el peso debe ser medido con el individuo desnudo, a menudo, este hecho no se puede practicar. Por consiguiente, frecuentemente se toma el peso con el individuo vestido con ropas ligeras (short de gimnasia y remera), sin calzado.
La estatura o altura, es una medición lineal de la distancia desde el piso o superficie plana donde está parado, hasta la parte más alta (vértice) del cráneo. Es una composición de dimensiones lineales a la que contribuyen las extremidades inferiores, el tronco, el cuello y la cabeza. La estatura debe medirse con un estadiómetro fijo. Si se utiliza un antropómetro móvil, un individuo debe mantener el antropómetro, de tal forma que quede correctamente alineado mientras que el otro sujeto posiciona al sujeto y toma la medición. El individuo debe estar en posición erguida, sin zapatos. Eventualmente, el peso se distribuye en ambos pies, los talones deben estar juntos, los brazos deben colgar relajados a los costados del cuerpo, y la cabeza debe estar en el plano horizontal de Frankfort.
La estatura y el peso muestran una variación diurna, o variación de la dimensión en el curso del día. Esto puede ser un problema en los estudios longitudinales de corta duración, en los cuales los cambios evidentes podrían simplemente reflejar la variación, de acuerdo al momento del día, en el cual la medición fue tomada. Por ejemplo, la estatura es mayor en la mañana, en el momento de levantarse de la cama, y disminuye en el momento que el individuo asume la postura erguida y comienza a caminar. Este "encogimiento" de la estatura ocurre como resultado de la compresión de los discos fibrosos de los cartílagos que separan las vértebras. Con la fuerza de gravedad impuesta, al estar de pie y al caminar, los discos se comprimen gradualmente. Como resultado de ello, la estatura puede disminuir en un centímetro o más. La pérdida de estatura está limitada a la columna vertebral. Esta se recupera cuando el individuo permanece en la cama, o sobre una superficie plana, por alrededor de 30 minutos.
El peso del cuerpo también muestra una variación diurna. El individuo es más liviano en la mañana, específicamente después de haber vaciado la vejiga luego de levantarse. Luego el peso del cuerpo se incrementa gradualmente durante el curso del día. Este se ve afectado por la dieta y la actividad física. En las chicas y mujeres que menstrúan, la variación en la fase del ciclo menstrual también afecta la variación diurna del peso del cuerpo.
Aplicaciones de la antropometría.
Los datos antropométricos tienen una variedad de aplicaciones, incluyendo la descripción y comparación, evaluación de intervenciones e identificación de individuos o grupos de riesgo. La antropometría sirve para describir el "status" morfológico de un individuo o de una muestra, o como base de comparación de la muestra de la población o a otras muestras, por ejemplo, el "status" de crecimiento de chicos en edad escolar que participan en deportes específicos. A menudo, la antropometría es usada como una variable de resultado de las intervenciones evaluativas, tales como los efectos del ejercicio y la reducción del peso corporal y la adiposidad subcutánea, o los efectos del entrenamiento de resistencia sobre el perímetro de los músculos. También se la puede usar como una variable mediadora en
intervenciones de evaluación; por ejemplo, los efectos del ejercicio y de una intervención dietaria sobre el colesterol en el suero, pueden ocurrir mediante su efecto sobre el peso corporal y la adiposidad.
Finalmente, a menudo la antropometría es usada para identificar los individuos de riesgo que pueden requerir atención especial. Por eso es usada, por ejemplo, para visualizar individuos con obesidad, o chicos que no están creciendo adecuadamente para sus edades cronológicas. Un corolario de esta aplicación es el uso de la antropometría para identificar individuos con características específicas que se consideren apropiadas para el éxito en un depone en particular.
Instrumentos utilizados para medir.
Los instrumentos de medida utilizados para los estudios antropométricos son los siguientes:
a) Tallímetro.- Escala métrica apoyada sobre un plano vertical y una tabla o plano horizontal con un cursor deslizante para contactar con la parte superior de la cabeza o vértex. Precisión 1 mm.
b) Báscula.- Balanza pesa-personas con precisión de 100 gramos.
c) Antropómetro.- Es una escala métrica don dos ramas, una fija y otra que se desplaza. Las ramas pueden ser rectas y curvas con olivas. Precisión 1 mm. Se miden segmentos corporales, grandes diámetros y alturas. d) Cinta Antropométrica.- Debe ser flexible, no elástica, metálica, anchura inferior a 7 mm, con un espacio sin
graduar antes del cero y con escala de fácil lectura.
e) Paquímetro o compás de pequeños diámetros.- Compás de corredera graduado, de profundidad en sus ramas de 5º mm, con capacidad de medida de 0 a 250 mm, y precisión de 1 mm. Se utiliza para medir pequeños diámetros.
f) Plicómetro o compás de pliegues cutáneos.- Con capacidad de medida de 0 a 48 mm, y precisión de 0.2 mm. La presión en sus ramas es constante (10 g/mm2) cualquiera que sea su apertura. Se utiliza para medir panículo adiposo.
Material auxiliar.
a) Banco de madera de altura conocida para medir altura sentado y facilitar al antropometrista la toma de diferentes medidas.
b) Lápiz dermográfico para señalar los puntos anatómicos y marcas de referencia. c) Pesos y escala métrica para calibrar los aparatos.
d) Disponer de un programa informático de Cineantropometría, es aconsejable para el posterior tratamiento de los datos, debido al alto número de medidas que se realizan.
e) Una plataforma como base de sustentación para colocar el antropómetro y el sujeto estudiado, puede ser útil en la medición de las alturas cuando el suelo no está bien nivelado.
Somatotipo.
Somatotipo o psicología constitucional es una teoría, desarrollada en la década de 1940 por el psicólogo norteamericano William Herbert Sheldon, propuso clasificar al físico humano de acuerdo con la contribución relativa de tres elementos fundamentales, según las tres capas germinales del desarrollo embrionario:
El endodermo, (que se desarrolla dando lugar al tracto intestinal),
El mesodermo, (que se convierte en músculos, corazón y vasos sanguíneos), y
El ectodermo (que posteriormente forma la piel y el sistema nervioso).
El somatotipo es utilizado para estimar la forma corporal y su composición, principalmente en atletas. Lo que se obtiene, es un análisis de tipo cuantitativo del físico. Se expresa en una calificación de tres números, el componente endomórfico, mesomórfico y ectomórfico, respectivamente, siempre respetando este orden. Es de suma importancia reconocer las limitaciones que tiene este método, ya que solamente nos da una idea general del tipo de físico, sin ser preciso en cuanto a segmentos corporales y/o distribución de los tejidos de cada sujeto.
Por ejemplo, un atleta puede tener una marcada hipertrofia muscular en el tren superior, y un tren inferior poco desarrollado, cosa que el somatotipo no tiene la capacidad de diferenciar.
Endomorfos:
Su apariencia refleja sus contornos redondeados, sus miembros superiores e inferiores no son muy prolongados, son personas de metabolismo basal bajo, tranquilos, de buen dormir, de buen comer, sus movimientos son lentos y sin prisa. Se dedican en lo general a deportes tales como rugby.
Mesomorfos:
Los músculos de este tipo de biotipo son bien desarrollados y marcados, corresponden a una apariencia fuerte y robusta, estéticamente armoniosa y deseada por nuestra belleza corporal cultural de hoy en día. Se caracteriza por una buena postura, siempre alerta con vitalidad, suelen ser enérgicos, tienden a ser incansables, pueden dedicarles muchas horas a la actividad laboral, están siempre listos y dispuestos a entrenar y gozan durante las sesiones de entrenamiento. Son de comer mucho, rápidamente, descuidan las dietas y no respetan los horarios para ingerir alimentos, son proclives a dedicarle pocas horas al sueño y a pesar de ello su capacidad de recuperación es notable, son sumamente competitivos y quieren ganar sea como sea, hasta el punto de odiar el fracaso. Suelen tener tendencia a la tensión arterial alta y pueden soportar el dolor y las molestias musculares con notable capacidad. Suelen dedicarse a deportes tales como, lanzamientos, artes marciales etc.
Ectomorfos:
Es el más cerebral de los 3, dedica mucho de su tiempo a la actividad intelectual, siente una necesidad abrupta de hambre que es satisfecha rápidamente, su gasto calórico basal es muy alto con lo cual lo le es muy difícil subir de peso, por lo tanto lo más recomendable sería que en lugar de consumir alimentos 4 veces al día, lo hiciera en 6 u 8 oportunidades, dado que de lo contrario, suelen auto consumirse, esto es determinante para el desarrollo muscular de los atletas ectomorficos, también es recomendable entrenar la Fuerza no más de 3 días a la semana para acumular calorías y así lograr el objetivo de incrementar la masa muscular. Suelen tener tendencia a la tensión arterial baja, son sumamente débiles al dolor, su tejido adiposo es casi nulo, suelen tener una composición del 3 al 5 % de grasa corporal.
CAPÍTULO 3. BIOMECÁNICA
La biomecánica es una área de conocimiento interdisciplinario que estudia los modelos, fenómenos y leyes que sean relevantes en el movimiento (incluyendo el estático) de los seres vivos.
Esta área de conocimiento se apoya en diversas ciencias biomédicas, utilizando los conocimientos de la mecánica, la ingeniería, la anatomía, la fisiología y otras disciplinas.
La biomecánica está íntimamente ligada a la biónica y usa algunos de sus principios, ha tenido un gran desarrollo en relación con las aplicaciones de la ingeniería a la medicina, la bioquímica y el medio ambiente, tanto a través de modelos matemáticos para el conocimiento de los sistemas biológicos como en lo que respecta a la realización de partes u
órganos del cuerpo humano y también en la utilización de nuevos métodos diagnósticos.
Subdisciplinas de biomecánica.
*Biomecánica médica. *Biomecánica ocupacional. *Biomecánica deportiva.
La biomecánica médica, se encarga de evaluar las patologías que aquejan al cuerpo humano para generar soluciones capaces de evaluarlas, repararlas o paliarlas.
La biomecánica deportiva, analiza la práctica deportiva para mejorar su rendimiento, desarrollar técnicas de entrenamiento y diseñar complementos, materiales y equipamiento de altas prestaciones.
La biomecánica ocupacional, estudia la interacción del cuerpo humano con su entorno más inmediato (trabajo, casa, conducción de vehículo, manejo de herramientas, etc.) y adaptarlos a las necesidades y capacidades humanas.
Aplicaciones de la biomecánica.
Las aplicaciones de la biomecánica van, desde el diseño de cinturones de seguridad para automóviles hasta el diseño y utilización de máquinas de circulación extracorpórea (utilizadas durante la cirugía cardíaca para sustituir las funciones cardíacas y pulmonares). En este sentido, un desarrollo importante fue el pulmón de acero, primer dispositivo de respiración artificial que salvó la vida a algunos enfermos de poliomielitis.
La biomecánica interviene en el desarrollo de implantes y órganos artificiales. Se han desarrollado prótesis mioeléctricos para extremidades de enfermos amputados, estos son movilizados por pequeños motores eléctricos estimulados por sistemas electrónicos que recogen las señales musculares (no todos los pacientes son capaces de utilizarlas de forma apropiada).
Uno de los avances en la medicina son las prótesis articulares, que permiten sustituir articulaciones destruidas por diferentes enfermedades reumáticas mejorando, de forma radical, la calidad de vida de los pacientes; han obtenido gran éxito clínico las de cadera y rodilla, y algo menos las de hombro.
El desarrollo de implantes artificiales para tratar fracturas ha revolucionado el mundo de la traumatología: incluye tornillos, agujas, placas atornilladas, clavos intramedulares y sistemas de fijación externa; todos requieren un estudio biomecánico. También se están desarrollando corazones artificiales; desde 1982 muchos pacientes han sido tratados con tales dispositivos con éxito.
Aportes de la biomecánica.
Los aportes a la humanidad que se han logrado a través de la biomecánica pueden ser dados a través de: 1. Corrección de ejes.
2. Evita dolor en tendón de Aquiles. 3. Evita periostitis.
4. Evita bursitis plantar. 5. Evita dolores articulares.
6. Previene lesiones producidas por choque. 7. Reduce la fatiga.
8. Aumenta tu rendimiento deportivo a corto y largo plazo.
Utilidades de la biomecánica.
La biomecánica es el área a través de la cual se tiene una mejor comprensión de las actividades y ejercicios, así mismo interviene en la prevención de lesiones, mejora del rendimiento, describe y mejora la técnica deportiva y médicas, además de desarrollar nuevos materiales pata la rehabilitación.
Se pueden distinguir varios campos de aplicación de la biomecánica del movimiento humano:
1. Biomecánica médica: existe una gran variedad de aplicaciones incorporadas a la práctica médica; desde la clásica pata de palo, a las sofisticadas ortopedias con mando mioeléctrico y de las válvulas cardiacas a los modernos marcapasos existe toda una tradición e implantación de prótesis.
i. Biomecánica aplicada a la traumatología, se utiliza para el estudio de las causas de las lesiones.
ii. Biomecánica aplicada a la rehabilitación, que estudia aquellos ejercicios que tiene un carácter rehabilitador, teniendo en cuenta la dirección de las fuerzas, así como los momentos generados en torno a las articulaciones.
iii. Biomecánica aplicada a la fisiología, que aborda por ejemplo el estudio de la mecánica de los fluidos, así como la relación de la inervación muscular en cuanto a la coordinación de movimientos y las implicaciones de los procesos fisiológicos del cuerpo sobre las habilidades motoras.
iv. Biomecánica ortopédica, dedicada a la implantación y adaptación de prótesis
2. Biomecánica ocupacional: en el mundo del trabajo, la biomecánica humana también encuentra una faceta dentro de los que conocemos como ergonomía, la cual tiene por objeto la adaptación y mejora de las condiciones de trabajo al hombre, tanto en su aspecto físico como psíquico y social.
3. Biomecánica de la actividad física y deportiva: se ocupa de la mecánica implicada en actividades humanas tan cotidianas como andar, correr o saltar.
Otras utilidades de la biomecánica están dadas en la posibilidad de mejorar las deformaciones de la Columna Vertebral.
La Cifosis es conocida como "joroba" y es la curvatura anormalmente aumentada de la columna vertebral a nivel dorsal, si se observa lateralmente. La deformidad puede tener un origen traumático, infeccioso inflamatorio (por artritis reumatoide) o Neoplásico. Es importante mencionar la cifosis juvenil de Schevermann, que puede surgir aproximadamente hacia la pubertad y que es causada por una deformidad de una o más vértebras en forma de cuño.
Cuando la Cifosis es reductible, según el diagnóstico médico, los pacientes son sometidos a ejercicios correctivos de auto-estiramiento, hombros en retropulsión y extensión cervical. Además de la recomendable práctica de voleibol, básquet y/o natación, en algunos casos es necesario el uso del arnés en forma de ocho para mantener los hombros hacia atrás. En casos más severos se puede recurrir a un corsé o a una operación quirúrgica. La escoliosis es otro de las deformaciones de la columna con
mayor recurrencia y se caracteriza por la desviación lateral de la línea vertical de la columna vertebral.
En la Escoliosis Estructurada se presenta la curva permanente acompañada de rotación de los cuerpos vertebrales. En la No Estructurada, la curva desaparece con los movimientos de inclinación lateral del tronco.
Así tenemos las escoliosis adoptadas por una mala postura, ya sea al sentarse o pararse, y las escoliosis provocadas por la Dismetría de miembros inferiores (cuando un miembro inferior es más corto que el otro).
Modelos biomecánicos.
El modelaje del cuerpo humano, de sus partes y tejidos ha comenzado a aparecer como un método importante para estudiar problemas específicos de la mecánica humana.
La creación del modelo biomecánico es un paso indispensable para el estudio del movimiento de los cuerpos. Dado que el modelo biomecánico es una estructura lógica donde se relacionan el desempeño técnico y las causas que lo producen, todos estos factores pueden ser medidos tanto de forma cualitativa como cuantitativa.
Los estudios biomecánicos se sirven de distintas técnicas para lograr sus objetivos. Algunas de las más usuales son: Fotogrametría: análisis de movimientos en 3D basado en tecnología de vídeo digital. Una
vez procesadas las imágenes capturadas, la aplicación proporciona información acerca del movimiento tridimensional de las personas o de los objetos en el espacio.
Electromiografía: análisis de la actividad eléctrica de los músculos.
Plantillas instrumentadas: registro de las presiones ejercidas por el pie durante la marcha. Plataformas de fuerza: plataformas dinamométricas diseñadas para registrar y analizar las
fuerzas de acción-reacción y momentos realizados por una persona durante la realización de una actividad determinada.
-Equipos para la valoración de la discapacidad: aplicación informática para la valoración de deficiencia relacionada con el sistema músculo-esquelético.
Valoración de la fuerza muscular: sistema de dinamometría para la valoración de la fuerza ejercida por diferentes grupos musculares.
En diferentes estudios biomecánicos con modelos, se hacen uso de equipos de alta tecnología -implementado un software- que permite analizar aquellos músculos más representativos de cada región articular. Haciendo uso de dicho software, una vez trasladado al modelo biomecánico el movimiento de la persona y las fuerzas que realiza, se puede obtener la actividad en los distintos grupos musculares y, consecuentemente, predecir un posible riesgo ergonómico en aquellos involucrados en las patologías musculo esqueléticas más comunes.
Los modelos biomecánicos se emplean:
1. Para aplicar las leyes de la mecánica y la teoría de maquinaria y mecanismos. Por ejemplo, cuando analizamos a un miembro del cuerpo humano como palanca, estamos utilizando un modelo de ese miembro donde se pueden considerar uno o varios músculos que son los encargados de mover o estabilizar el miembro y su carga mecánica.
2. Simulación en computadora. Con ayuda de los modelos, programas especializados y la acumulación de datos, ha comenzado a emplearse como un método creado especialmente para la simulación a partir de modelos del cuerpo humano. Un ejemplo es modelo humano (musculo-esquelético) SIMM. Este modelo posee 86 grados de libertad, 117 articulaciones y 344 actuadores, que representan músculos y tendones. Las articulaciones tienen gran exactitud cinemática.
La simulación con modelos posee ciertas ventajas cuando se desea experimentar al sistema de movimientos del hombre en determinadas condiciones, ya que permite:
1. El estudio y análisis del comportamiento de sistemas en los cuales sería muy costoso o imposible experimentar directamente en ellos.
2. Estudiar los aspectos que sobre un sistema determinado tendría ciertos cambios o innovaciones sin necesidad de arriesgar a estudiarlos en el sistema real.
3. El análisis de determinadas alternativas para seleccionar sistemas de nueva implantación. 4. Resolver problemas analíticos complicados de una forma más sencilla.
Clasificación de los modelos en biomecánica
El modelaje en biomecánica puede ser dividido en dos grandes grupos, cada uno de los cuales posee subgrupos: 1. Físico
1.1 Modelos a escala 1.2 Maniquí antropométrico 2. Matemático
2.1 Modelos de elementos deformables 2.2 Modelos de cuerpo rígido
El modelo físico es bastante caro y no puede ser fácilmente modificado. Estos modelos desarrollan un importante papel en la investigación biomecánica.
El modelo a escala es utilizado cuando es extremadamente difícil resolver las ecuaciones de movimiento, en casi todos los estudios donde interviene la mecánica de fluido y el cuerpo humano se desarrolla mediante este tipo de modelaje. Por ejemplo, para estudiar el vuelo de los saltadores de esquís y el efecto de la resistencia del aire sobre los corredores.
Los maniquíes antropométricos se usan para pruebas destructivas o dañinas. Se utilizan con mucho acierto en pruebas de la aviación y automovilísticas. Son modelos extremadamente caros debido a los sensores que son necesarios colocarles para hacer las mediciones deseadas, y se ven sometidos a grandes cargas que pueden destruirlos.
El modelaje matemático es muy utilizado en la biomecánica, y especialmente en el deporte, por el desarrollo de las computadoras digitales de alta velocidad, que pueden resolver ecuaciones matemáticas rápidamente. Otra ventaja de este tipo de modelaje es la relativa facilidad para modificar las representaciones matemáticas del cuerpo y lo económico de simular los sistemas biomecánicos. Se emplean para modelar además del cuerpo humano, sus segmentos y sus componentes (huesos y tejidos).
Los modelos de elementos deformables pueden ser de parámetros mezclados, parámetros discretos y elementos finitos o continuos.
Los modelos de cuerpo rígido pueden emplearse para definir la configuración del cuerpo humano. Estos modelos son muy utilizados cuando se simulan colisiones, caída libre y destrezas en el deporte.
Los modelos de respuesta a colisiones del cuerpo completo han tenido una gran línea de evolución, pues han ayudado al desarrollo de análogos al humano, adecuados para estudiar la respuesta del cuerpo completo a la colisión.
En los últimos años el desarrollo de la computadora y de programas cada vez más sofisticados permite la creación de modelos del cuerpo humano cada vez más complejos. A continuación mostramos un ejemplo de ello.
Esta nueva técnica para la animación de actores (y por qué no del deportista) virtuales está basada en tecnología de sensores magnéticos y guantes-datos VR.
Dos clases de aplicaciones pueden ser realizadas, la primera, aplicación en tiempo real utilizando la captura del movimiento y reproduciendo dicho movimiento en un ambiente virtual; y la segunda, el registro de gestos y acciones motoras que demandan más esfuerzo computacional.
Por último se hace necesario aclarar que los modelos matemáticos son los más usados y para su utilización es necesario tener en cuenta los parámetros de los segmentos del cuerpo humano, que han sido investigados por varios científicos, ya no sería posible entonces la aplicación de la mecánica de Newton al movimiento del hombre.
Leyes de Newton.
Isaac Newton fue un científico inglés que escribió “Los principios matemáticos de la filosofía natural. En este libro, entre otros temas, enunció sus leyes del movimiento. El movimiento es el desplazamiento de los cuerpos dentro de un espacio con referencia a otro cuerpo. El movimiento es relativo ya que depende del punto de vista del observador. La fuerza es la acción de un cuerpo sobre otro que causa el movimiento. La masa es la magnitud que indica la cantidad de materia de la que está formado el cuerpo en
movimiento.
Isaac Newton, estableció que todo movimiento se encuentra regido por tres leyes.
i. Primera ley o ley de inercia. Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a menos que otros cuerpos actúen sobre él.
ii. Segunda ley o Principio Fundamental de la Dinámica. La fuerza que actúa sobre un cuerpo es directamente proporcional a su aceleración.
iii. Tercera ley o Principio de acción-reacción. Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, éste ejerce sobre el primero una fuerza igual y de sentido opuesto.
Planos del Cuerpo Humano.
El plano es una representación imaginaria que pasa a través del cuerpo en su posición anatómica. Los planos se pueden clasificar en:
Plano Medio Sagital: Es el plano que divide imaginariamente al cuerpo en sentido antero posterior a lo largo de la línea media y lo divide en dos partes iguales, derecha e izquierda.
Plano Frontal: Es un plano vertical que pasa a través del cuerpo formando un ángulo recto (de 90°) con el plano medio y divide imaginariamente al cuerpo en dos partes, la anterior o facial y la posterior o dorsal.
Plano Horizontal: Es el plano que divide al cuerpo o cualquier parte de él en dos mitades, superior o cefálica e inferior o caudal.
En el estudio de la anatomía humana, los planos anatómicos son las referencias espaciales que sirven para describir la disposición de los diferentes tejidos, órganos y sistemas, y las relaciones que hay entre ellos. Clásicamente, se parte del supuesto de que el cuerpo que va a ser estudiado se encuentra en la denominada posición anatómica.
Ejes corporales.
El eje vertical va de la cabeza a los pies: es un eje 'cráneo-caudal' ('cabeza-cola').
El eje transversal va de lado a lado: es un eje latero-lateral.
El eje anteroposterior va de delante hacia atrás: es un eje ventro-dorsal.
Planos de movimiento del cuerpo humano
Para las indicaciones de situación y dirección son importantes las siguientes denominaciones: Ventral-dorsal. Esta indicación de dirección se utiliza
en el tronco. Ventral significa hacia el vientre y dorsal significa hacia la espalda (ej: las costillas se unen en la parte ventral con el esternón y en la parte dorsal con la columna vertebral).
Medial-lateral. Medial (interno) significa en dirección a la línea media del cuerpo y lateral (externo) significa hacia el exterior. (ej: vasto medial= musculo en la parte interna del muslo y vasto lateral=musculo en la parte externa del muslo).
Craneal-caudal. Craneal significa hacia la cabeza y caudal, hacia los pies (ej: la columna vertebral está unida cranealmente con la cabeza y caudalmente con la pelvis).
Proximal-distal. Proximal significa hacia el centro del cuerpo y distal, hacia la periferia) ej: la articulación radiocubital proximal se encuentra en el codo y la articulación radiocubital distal, en la muñeca.
Anterior-posterior. Anterior significa que está situado delante y posterior, que está situado detrás (Ej: espina iliaca anterosuperior y espina iliaca posterosuperior.
Superior-inferior. Superior significa por encima de e inferior, por debajo de (Ej: supraespinoso=que se encuentra por encima de la espina de la escapula, contraposición con el infraespinoso, que está situado por debajo de la espina de la escapula).